环境化学(双语)复习提纲.doc

1、 环境化学的主要研究内容是什么？
有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的来源，以及它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。
2、 环境本底（environmental background)：环境本底是指自然环境在未受污染的情况下，各种环境要素中化学元素或化学物质的基线含量，也即人类活动干扰前的环境状态下，地球生物圈中的大气、水体、土壤、生物等环境要素在自然形成和发展过程中，其本身原有的基本化学组成和能量分布。同一环境要素在不同的地理、地质环境中，自然背景值是不同的。
环境污染物(environmental pollutant)：是指进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。主要是人类生产和生活活动中产生的各种化学物质，也有自然界释放的物质。
源(source)和汇（sink)：源就是产生来源,汇就是消耗处.即一个是成分的来路,一个是去路
Chapter-1
1、 Structure of Atmospheric Environment：根据温度的变化梯度分层
Troposphere（对流层）：0-12km；stratosphere（平流层）：12-50km；mesosphere（中间层）：50-85km；thermosphere（热层）：85km+
2、影响污染物迁移的因素：主要有空气的机械运动，如风和湍流，由于天气形势和地理地势造成的逆温现象以及污染源本身的特性等。风和大气湍流的影响、天气形势和地理地势的影响：海陆风、城郊风、山谷风。
3、Process of Photochemical Reactions：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应，称为光化学反应
Primary Process：初级过程包括化学物种吸收光量子形成激发态物种，基本步骤为A + hγ→ A*
Secondary process：次级过程是指在初级过程中反应物、生成物之间进一步发生的反应。
4、Photodissociation of O3 and NO2：
O3+ hγ(＜290nm)→ O· +O2/NO2 + hγ(≤420nm) → NO + O·
O· + O2+M→ O3 + M
5、Radicals in Atmosphere & their sources: OH、HO2
清洁大气中来自臭氧的光解O3+hγ→O·+O2 、 O·+H2O→2HO·
，污染大气中来自亚硝酸和过氧化氢的光解HNO2+ hγ→HO·+NO（主要）
H2O2+ hγ→2HO·
甲醛和亚硝酸乙酯的光解
6、 Conversion and sink between OH and HO2
HO2+OH →H2O +O2 OH +OH → H2O2 HO2+HO2→H2O2+ O2
7、 Mechanism of Photochemical Smog
二氧化氮的光解：NO2 + hγ(≤420nm) → NO + O·
氧的参与O + O2+M → O3 + M、 O3+ hγ → O2+ O、 O3+ NO →NO2+ O2
碳氢化合物分解成自由基RCH2O2 + NO → NO2 + RCH2O、 O2 + RCH2 → RCH2O2
OH + RCH3 → RCH2 + H2O 、 O + H2O → OH
自由基结合：ROO + NO → NO2 + and/ or other products 、ROO + RCH3 → RCHO + RCOR’
8、 Acid Deposition: 大气中NOx 与SO2的转化过程，写出主要方程式。影响酸雨形成的主要因素
SO2+[O]→SO3 、SO3+H2O→H2SO4 、 SO2+H2O→H2SO3 、 H2SO3+[O]→H2SO4
NO+[O]→NO2、 2NO2+H2O→HNO3+HNO2
① 酸性污染物的排放及其转化条件
② 大气中的NH3。它易溶于水，能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用，从而降低了雨水的酸度。
③.颗粒物酸度及其缓冲能力。颗粒物的酸碱性会对酸雨有一定的影响。
④.天气形势的影响。气象条件和地形有利于污染物的扩散，则大气中污染物浓度降低，酸雨就减弱，反之则加重。
9. Ozone Depletion: 臭氧层的屏蔽效应，消耗臭氧层物质，南极臭氧洞形成的机制：臭氧层能吸收99%以上的来自太阳的紫外辐射，从而使对地球上的生物不会受到紫外辐射的伤害。
① 平流层中NOX对臭氧层破坏的影响
NOX的来源：N2O的氧化。
N2O+ hγ →N2+O·
N2O+O·→2NO
NOX清除O3的循环催化反应
NO+O3→NO2+O2
NO2+O·→NO+O2
O3+O·→2O2
②平流层中ClOX·对臭氧层破坏的影响
ClOX·的来源：甲基氯的光解：CH3Cl→CH3·+Cl·（很少）
氟氯甲烷的光解：CFCl3→·CFCl2+Cl·
CF2Cl2→·CF2Cl+Cl·
氟氯甲烷与O·（1D）的反应：O·（1D）+CFnCl4-n→ClO·+O2；
ClOX·清除O3的催化循环反应
Cl·+O3→ClO·+O2
ClO·+O·→Cl·+O2
总反应：O3+O·→2O2
10. Global Climate change： 温室效应和主要的温室气体，颗粒物对全球气候变化的影响。
大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为为温室效应。能够引起温室效应的气体称为温室气体。CO2/CH4/CO/二氯乙烷/臭氧/氟利昂/四氯化碳
11． 大气颗粒物按粒径分类
总悬浮颗粒物TSP，粒径多在100μm以下，尤以10μm以下的为最多；
飘尘，可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘，其粒径小于10μm；
降尘，能用采样罐采集到的大气颗粒物。在TSP中一般直径大于10μm的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物称为降尘；
可吸入粒子，空气动力学直径小于10μm，PM10；
细颗粒物，PM2.5
13. Three modes of Particles：Aitken核膜主要来源于燃烧过程所产生的一次颗粒物和气体分子化学反应生成的二次颗粒物。DP<0.05μm。不稳定，易碰撞形成大粒子。积聚膜0.05-2μm由核膜凝聚或热蒸汽冷凝再凝聚形成，多为二次污染物，不易碰撞。粗粒子Dp ＞2μm。由海盐溅沫、火山灰等一次颗粒物构成，靠干湿沉降除去。

Chapter 2
1、TDS（总含盐量）: total dissolved solid天然水中常见主要离子总量可以粗略的作为水中的总含盐量
TDS=[Ca2+ +Mg2+ +Na+ +K+]+[HCO3- +SO42- +Cl-]
DO（溶解氧）: dissolved oxygen是指溶解在水里氧的量，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。它与谁的温度、氧在水中的分压及水中含盐量有密切的关系。
25℃101.3KPa时氧的溶解度为8.32mg/L
2、Alkalinity (碱度) in Natural Water：碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦指能接受质子H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：强碱、弱碱、强碱弱酸盐。
测定总碱度时可用一个强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变为橙红色（pH约为4.3）时，停止滴定，此时所得到的结果称为总碱度，也称为甲基橙碱度。总碱度是水中各种碱度成分的总和。
总碱度=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]
如果是以酚酞作指示剂，当溶液的pH降到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此，
酚酞碱度=[ CO32-]+[OH-]-[H2CO3*]-[H+]
苛性碱度=[OH-]-[HCO3-]-2[H2CO3*]-[H+]=2酚酞碱度-总碱度
3、Colloid (胶体) in Water：胶体是在水中悬浮较长时间的物质。直径为0.001μm-1 μm
• hydrophilic colloids（亲水胶体）
• hydrophobic colloids（疏水胶体）
association colloids （缔合胶体）高度分散的多相体系，具有热力学稳定性。向水中加入一定浓度的表面活性剂后，会开成一种缔合体叫胶束。由于胶束的形成减少了疏水基与水的接触面积，从而使系统稳定。而由于胶束形成的溶液称为缔合胶体
4. Humic Substances(腐殖质)：天然水中对水质影响最大的有机物是腐殖质，它是由生物体物质在土壤、水和沉淀物中转化而成。
humin(胡敏质): insoluble in H2O at all pH
humic acid(腐殖酸): soluble at pH <2 only
fulvic acid(富里酸): soluble at all pH
对环境的影响：①净化水体
②与氯气反应生成三氯甲烷
③作为水中的光敏剂
5、Surface electric charge(表面电荷)胶粒表面所反映的净电荷。
通常水体系和沉积物中的环境颗粒，是土壤、金属或非金属氧化物。
表面金属原子会从水中吸附OH-或H2O，整个表面可以作为氧化物。
在溶液中的吸附量与浓度之间的不显示出线性关系。
Charge is acquired by:（成因）
acid-base (primary mechanism)酸碱（原发性机制）
ion exchange reactions.离子交换反应。
charge transfer (e.g., ligand/donor, sorption)电荷转移（eg. 配体/供体，吸附）
6. Isoelectric point(等电点) 使胶体表面总电荷达到平衡的pH值
7. Coagulation(凝聚), Flocculation(絮凝)
胶体颗粒的聚集可称为凝聚或絮凝
凝聚：由电介质促成的聚集/ 絮凝：由聚合物促成的聚集
8. Release of heavy metals in sediments( 沉积物中重金属的释放)Factors of inducing release(诱发释放的因素)：
• increase of salts concentration (盐浓度的升高)
• change of oxidation- reduction reaction (氧化还原条件的变化)
• lower the pH value (降低pH值)
• increase the concentration of chelating agent in water (增加水中配合剂的含量)
9. Electron activity( 电子活度)pE=-lg（ae）
10. pE-pH diagrams in natural water
11. Eutrophication ( 富营养化） 水体富营养化是指由于大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体，使藻类等水生生物大量地生长繁殖，使有机物产生的速度远远超过消耗速度，水体中有机物积蓄，破坏水生生态平衡的过程。
The main resources of eutrophication
N：农业用肥料硝酸盐化肥、屠宰场、养殖场、大气沉积的NOX
P：洗涤剂
Effects of eutrophication 增加动植物量、增加有根植物如芦苇的生长、增加水的浊度、增加沉降率、降低溶解氧、减少物种多样性、改变占主导地位的生物群、增加赤潮发生的频率
与富营养化的相关的水的指标有哪些？叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、 透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）
Chapter 3
1. soil horizons（土层）& Soil Composition
成熟的土壤分层排列称为土层。每一层有不同的质地和不同成分类型的土壤。
分层：覆盖层、淋溶层、淀积层、母质层、基岩
土壤是由固体、液体、气体三相共同组成的多相体系。
土壤固相包括：土壤矿物质（原生矿物&次生矿物），土壤有机质。土壤液相：土壤中的水分及其水溶物。土壤气相：土壤孔隙
土壤作用：促进良好的土壤结构、供给植物养分、动物的能量能源、吸附污染物
2.Nonhumic substances 非腐殖质：氨基酸、碳水化合物、脂类
compounds belonging to the well known classes of biochemistry：– amino acids、carbohydrates、 lipids(脂类)
Soils are very strong adsorbents, why? 土壤具有巨大的比表面积和表面能、土壤表面有电荷
Permanent charge （永久电荷）：由于同晶置换
pH-dependent charge 通过官能团的质子化/去质子化生成的电荷
4. Isomorphous substitution （同晶置换）在晶格中，一个原子取代另一个同样大小原子而不破坏晶体结构
5. CEC（阳离子交换容量）每千克干土中所含全部阳离子总量，称为阳离子交换总量
6. Soil Acidity（土壤酸度）天然土壤酸度为PH=6
土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度
Active acidity(活性酸度) ：土壤浸出液中自由H +浓度
Potential acidity (潜性酸度) ：吸附在土壤中的可交换的H+和Al3+离子
7. CEC DETERMINATION (Double Wash Method)
（1） 用阳离子（NH4+）饱和土壤（2）用水去除多余的盐分（3）从土壤通过质量作用取代阳离子（用K+将NH4+洗脱）（4）测量被取代替换阳离子（NH4+）的浓度
8. 影响农药在土壤中行为的因素
1、 农药本身的物理化学性质：物理：水溶性、极性、挥发性。化学：化学降解、微生物降解。2、土壤性质：土壤结构，粘土含量、金属离子含量、有机质含量、PH值、离子交换容量、微生物种类数量。3、环境因素：温度、湿度、日照情况、耕作方式、作物种植等
Chapter 4
1. Enzyme(酶)、Substrate(底物)
酶是由细胞产生的具有高度特异性结构的用于促进生化反应的蛋白质类催化剂。
在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质。
2. biomembrane(生物膜)生物膜是细胞的基本结构，包括外层和内部细胞层膜系统。
Composition 组成：蛋白质，脂质，多糖，水，金属离子
Structure结构：磷脂的双分子层和蛋白质镶嵌而成
3. Pathways of substances pass the biomembrane
1.Filter through biomembrane(膜孔滤过)
2. passive transport(被动扩散)
3. 被动易化扩散
4. active transport(主动转运)
5. Pinocytosis (胞吞和胞饮)
4. 生命必需元素满足的条件
1.参与生命构成或生命过程
2.生物体会主动摄取并调节其体内的分布和水平
3组成生物体内具有生物活性化合物的化合物
4.缺乏时会造成生理病变
5. Biotransport（生物转运） of Pollutants
（1）Absorption：污染物在多种因素影响下，自接触部位通过体内生物膜进入血液循环的过程。
吸收的途径：消化管、 呼吸道和皮肤
（2）Distribution：环境污染物随血液或其他体液的流动，分散到全身各组织细胞的过程。
主要分布：脂肪或骨组织
（3）排泄：进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程.
主要途径：肾脏排泄、随胆汁排泄、 其他排泄途径（如乳汁）
（4）Accumulation：机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象。
主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨骼
6. biological concentration生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群从周围环境 中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质 的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物浓缩。
（Bio-concentration Factor BCF)生物浓缩系数
BCF = Cb/Ce
Cb：某种元素或难降解物质在机体中的浓度
Ce：某种元素或难降解物质在环境中的浓度
Bio-accumulation生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。
Bio-magnification在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。
协同作用(synergism)和拮抗作用(antagonism)
7. Factors That Affect the Toxicity（毒性） of Chemicals、LD50
（1）Chemical Reactivity 化学反应活性（2）Dose剂量（3）Duration of exposure暴露时间（4）Routes of exposure 暴露途径（5）Age and Health 年龄与健康情况(6）Chemical interaction化学相互作用
LD50是化学方法杀死一半实验动物的给定时间量。LD50值较高，化学物质毒性较低
8. Chemical substances interact in a variety of ways
Additive response相加效应：指联合作用的毒性等于其中各毒物成分单独作用毒性的总和
Synergism协同效应：指联合作用的毒性大于其中各毒物成分单独作用毒性的总和2+2＞4
Potentiation强化效应发生在一个没有毒性作用的化学物质与有毒化学物质结合使毒物的危害更大。0 + 2 = 6
Antagonism拮抗效应——指联合作用的毒性小于其中各毒物成分单独作用毒性的总和
三种暴露途径是最常见的：吸入Inhalation，摄入 ingestion，与皮肤接触dermal exposure
9. Classifications of Poisons
A.毒物：任何生物物质产生有害的生物效应。在足够高的剂量条件下，所有的物质都是有毒的。
B.Teratogen致畸：任何物质，通过降低生育率或导致出生缺陷干扰生殖过程
C.诱变剂Mutagen致突变：任何物质，引起生殖细胞DNA的变化
D.Carcinogen致癌物：任何物质，影响细胞的生长和复制，导致肿瘤形成的调控。
10. How do toxicants work ?
Toxic substances exert their effects at the cellular level in three major ways:
1) Some toxicants bind to enzymes, then alter the functioning of an organ or tissue;一些毒物与酶结合改变组织或器官的功能
2) Some bind directly to nonenzyme molecules in the body, upsetting the chemical balance;一些直接在体内与无酶分子结合，破坏化学平衡
3) Some toxicants interacts with the genetic material of cells, causing mutations, potentially harmful changes in the structure of the DNA.一些毒物与细胞遗传物质发生作用，导致基因突变，有可能引起DNA结构变化
12. 化学污染物对机体的作用过程
过程1：毒物被机体吸收进入体液后，经分布、代谢转化，并有某一程度的排泄。
过程2：毒物或活性代谢产物与其受体进行原发反应，是手提改性，随后引起生物化学效应。
过程3：接着引起一系列病理、生理的继发反应，出现在整体条件下可观察到的毒作用的生理和行为的反应，即致毒症状。